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氢气(H2)具有能量密度高、绿色环保等优点,被视作本世纪重要的清洁能源。然而,传统的工业制取H2方法存在成本高、反应条件苛刻、副产物多等缺点。光催化制H2技术是一个无碳、无污染的一次过程,具有经济、操作简单的特点,是最具有发展前景的制H2方法之一。至今,被广泛研究的光催化半导体包括石墨相氮化碳(g-C3N4)、硫化镉(CdS)和二氧化钛(TiO2)等,但是大多数半导体都存在光生载流子易复合、太阳光利用率低等缺点,因此需要对其进行改性,研究制备出一种低廉、高效、稳定的光催化剂。本文通过金、银掺杂半导体的手段改性了 g-C3N4、CdS和TiO2半导体材料,对增强其光催化活性及稳定性进行了研究,主要内容如下:(1)利用原位掺杂技术制备了 AuNPs/g-C3N4复合光催化材料。首先用二氰二胺络合氯金酸得到金-二氰二胺微球(GCMs),然后将GCMs与二氰二胺水溶液均匀混合,经冷冻-干燥后,再在Ar氛围下550℃高温煅烧,进而制得二元尺寸AuNPs/g-C3N4复合材料。与纯g-C3N4相比,AuNPs/g-C3N4复合材料表现出增强的可见光催化产H2活性及稳定性,其可见光催化产H2的活性比纯g-C3N4提高了 348倍,同时比以往经典的3 wt%-Pt/g-C3N4复合物提高了 25倍。二元尺寸AuNPs提高g-C3N4光催化活性的关键作用主要有两个方面:(i)AuNPs作为电子池抑制了 g-C3N4复合物中光生电子-空穴的快速重组;(ii)在AuNPs和g-C3N4之间形成了肖特基势垒可把大尺寸AuNPs的表面等离子体共振效应(SPR)产生的大量热电子注入g-C3N4的导带。(2)采用光沉积法合成AgNPs/CdS异质结构光催化剂。首先以硫脲和氯化镉为原料、乙二胺为溶剂,采用微波辅助法合成CdS纳米纤维,然后将硝酸银和CdS粉末加入20%甲醇溶液中,最后在真空条件下300 W氙灯光照1 h得到AgNPs/CdS光催化剂。在相同条件下,AgNPs/CdS复合物可见光催化乙醇分解产H2的活性比纯CdS提高了 40倍,这可归因于AgNPs(SPR)和CdS界面处Mott-Schottky异质结的形成。本工作研究制备的AgNPs/CdS复合材料可见光催化乙醇分解的产物为H2和乙醛,且无COx生成,这为H2能源的开发、绿色有机化学的进步和低碳社会的可持续发展提供了无排放且易于实现的途径。(3)采用光沉积法合成AuNPs/TiO2异质结构光催化剂。首先以四氯化钛为原料、乙二醇为溶剂,一步溶剂热法合成出TiO2纳米片;然后将氯金酸和TiO2粉末加入到乙醇溶剂中,紧接着在真空条件下避光搅拌1 h,随后在300W氙灯光照下1.5h,最终得AuNPs/TiO2光催化剂。与纯TiO2相比,AuNPs/TiO2复合物光催化分解乙醇产H2的活性增强,其光催产H2活性比纯TiO2提高了 153倍。AuNPs提高TiO2的光催化活性可归因于:(i)掺杂的AuNPs作为电子池轻松地捕获电子,不仅促进电子转移至催化剂表面而且抑制了光生电荷的快速重组;(ii)在AuNPs和TiO2之间形成肖特基势垒,提高了电荷产生及电子转移的速率。